Гидрата́ция (от греч. ὕδωρ – вода), процессы взаимодействия молекул воды с молекулами, ионами или атомами. Осуществляется в растворах, твёрдой и (реже) газовой фазах. Приводит к образованию новых химических соединений (гидроксидов, твёрдых гидратов и др.) либо к возникновению ассоциатов постоянного или переменного состава, в которых частицы вещества окружены дипольными молекулами воды (например, газовых гидратов, в водных растворах – аквакомплексов, гидратированных ионов); гидратация при растворении в воде – частный случай сольватации. Гидратацией также называются реакции присоединения гидроксигруппы и водорода по кратным связям молекулы органического соединения или по концам разорвавшейся связи в циклическом фрагменте.

Гидратация обусловлена донорно-акцепторным, диполь-дипольным, ион-дипольным и другими типами взаимодействия, образованием водородных или координационных связей. Ион-дипольным взаимодействием, например, обусловлена гидратация ионов, и энергия гидратации увеличивается с уменьшением радиуса иона и увеличением его заряда. Гидратация ионов, на которые распадается растворяемое вещество в водных растворах, в значительной степени определяет его способность к электролитической диссоциации. При растворении большинства ионных соединений в воде гидратация ионов компенсирует энергетические затраты на разрушение кристаллической решётки. При кристаллизации растворов соединений с ионной структурой часто выделяются кристаллогидраты, содержащие гидратированные ионы. Для большинства сильных кислот гидратация протона приводит к образованию иона гидроксония H₃O⁺ (так, моногидрат серной кислоты – ионное соединение состава H₃O⁺HSO₄⁻). Дальнейшая гидратация H₃O⁺ приводит к образованию катионов H₅O⁺², H₇O⁺³, H₉O⁺⁴.

Процессы гидратации используются в промышленности и лабораторной практике (например, для получения кислородсодержащих кислот из оксидов, спиртов из алкенов, карбонильных соединений из алкинов, для осушения газообразных и жидких веществ с использованием CaCl₂, CaO, P₂O₅, концентрированной H₂SO₄ и других осушителей), в гидрометаллургии и др. Гидратация влияет на физико-химические процессы, происходящие в водных растворах, а также на многие биологические процессы (активность ферментов, транспорт ионов через клеточные мембраны, процессы обмена веществ и др.).